CCD即电荷耦合器件 Charge Coupled Device，和CMOS即金属氧化物半导体元件Complementary Metal-Oxide Semiconductor的本义是指两种不同的半导体集成电路。CCD一出现就迅速应用于电子图像传感器，而CMOS的发展路径则坎坷得多，多年后才找对了正确的发展方向，并成功逆袭。
CCD的发展历史
CCD在1969年由美国贝尔实验室的研究小组发明，这项发明后来获得2009年诺贝尔物理学奖。这项技术一经发明，就立刻在感光元件上找到了应用方向。
1970年第一个CCD感光元件实验成功，1971年第一项关于CCD成像的专利获批。1974年仙童公司造出了第一个商业化的100x100像素的二维感光芯片。第二年，柯达公司就用这款芯片发明了第一台数码相机。
随后的几十年中，CCD 技术在设备设计、材料和制造技术方面取得了渐进式的进步。CCD 传感器的量子效率稳步提高，暗电流和像素尺寸减小，工作电压（功耗）降低，信号处理能力得到改善。并且它们的配套电路变得更加集成，使 CCD 更易于使用并缩短了上市时间。
CMOS的发展历史
CMOS作为一项集成电路技术早在1963年就已经发明，其后在逻辑与计算芯片制造中广泛使用。但CMOS在光学传感器上的应用走过了一段坎坷曲折的道路。
1968年就有科学家提出可以将CMOS技术应用于光学成像，并且做出了被动像素感光型CMOS感光芯片。但是因为性能的限制，长期未能得到大规模应用。这使得 CCD 在其后数十年内在感光领域占据主导地位，而CMOS只在部分边缘领域得到应用。
1980年代末，日本奥林巴斯公司发明了主动像素传感器 (APS)，但并未使用CMOS工艺。1992年，美国航天局喷气推进实验室 (NASA Jet Propulsion Lab) 造出了主动像素感光型CMOS图像传感器。
这成为CMOS图像传感器发展历史上的重大转折点。其后CMOS图像传感器从舞台的边缘逐渐走到舞台中央。
进入21世纪后，CMOS在耗电量和传输速度方面的优势，使CMOS图像传感器大规模应用于照相手机、便携式照相机等消费电子领域。CCD的市场占有率不断下降。
近年来，CCD基本退出普通消费电子市场，但在高级相片扫描器、军方器材、天文观测、科学研究等专业领域，CCD仍有广泛的应用。
如上图所示，CCD 将光生电荷从一个像素移动到另一个像素，并在输出节点将其转换为电压。CMOS 成像器将电荷转换为每个像素内的电压。
由于CMOS传感器的每个象素至少由一个感光二极管、一个放大器与一个A/D转换电路构成，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在像素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。
而对于后期开发的背照式CMOS等CMOS产品，由于设计改善，可以将感光二极管放在表面，而其它电子元件放在下面，这样也可以有较高的灵敏度。
由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC【Automatic Gain Control自动增益控制】、CDS（Correlated Double Sampling相关双取样电路）、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；
除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个像素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破 50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。
CMOS传感器的每个像素都比CCD传感器复杂，其像素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的较小面积的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。
而比较大面积的传感器时，情况却又不同，目前市面上能见到的大面积的CCD比较少见，较常见的为2/3’，连1’的都比较少见，而CMOS却在在面积尺寸上有较完美的表现，如全画幅、APS-C、M4/3系统等。1’及以上的尺寸，同样可以做到很高的分辨率，也可以将像元尺寸做大，以得到更好的图像效果。这在单反相机中比较常见。
由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。
CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个像素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到12~18V；
因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 Power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。
这里相机讲的采集速度，不是指采集单张所需要时间，而是指连拍速度。CCD由于需要电荷传递，因此其连续采集速度会低于CMOS。
因此当像素较高时，如现在常用的1600万像素民用相机，CCD的连拍速度可能只有2帧每秒，但是CMOS的可能能做到10帧每秒。因此在做高速高分辨率图像采集分析时，一般优先选择CMOS的相机。
由于技术原因，CCD目前行业内只有两家主流的厂商，一家为柯达，另一家为索尼。而柯达，已经在2012年的某个时候将其CCD部门出售给别人了。
所以，目前市面上凡是使用CCD的相机，不管民用的还是工业用的，基本上都是SONY的CCD芯片。这就造成了CCD芯片的工业相机成本相对较贵，垄断对于其发展也是一个拖累。CCD核心技术长期被日系厂商把控，国内厂家难以做深层次的开发。
反观CMOS芯片，由于制造简单，国内许多工厂都可以自己生产，因此设计制造使用CMOS的厂商要多于CCD，也正因为这样，其发展前景会更理想。同样分辨率的产品，CMOS的成本比CCD要省一半以上，也会推动CMOS的发展。
在广泛的工业相机领域，CMOS传感器已占据绝对优势
随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异已经逐渐缩小。然而CCD的成本高，集成度低，信息读取慢，相比下CMOS的特点更适合当下的高速高分辨率相机，将会引领相机的未来。
在消费产品上，智能手机现在已经全部采用CMOS；单反/微单相机也都采用CMOS；少部分卡片相机还有CCD相机。
CCD传感器技术起步较早，技术相对成熟，具有感光度高、噪点低的优点，在成像质量方面存在优势，但是其处理速度相对较慢、功耗及成本较高；
CMOS传感器则有处理速度相对较快、功耗低及成本低廉的优点，使其在高清成像中发展迅速，经过几年时间的技术的沉淀与创新，目前CMOS传感器已克服了低辐剂量等问题，再加上CMOS有着较高的动态范围，使CMOS产品在高清相机中的地位越来越重要，市场上也是采用CMOS传感器的高清相机占了大部分。不仅在高清监控领域得到重用，宽动态范围的CMOS图像传感器也应用在汽车辅助系统中。
CMOS的优势
当代的CMOS相机都采用基于CMOS工艺的主动像素图像传感器（CMOS-APS）。
CMOS传感器的最大优点是图像传输速度快。如上图所示，CCD的像素感光产生电荷后，需要沿着固定的方向将光生电荷传输到特定的输出节点，再转化为电压。而CMOS的每个像素点上都有一套将光生电荷转化为电压的半导体器件。
CMOS的第二个优点是成本低。因为使用了部分与CPU逻辑处理芯片相近的技术，所以大规模制造起来对半导体工厂的要求相对更低。随着光刻技术的发展，当半导体制造厂的加工工艺从几百纳米进步到几纳米，CMOS相机可以更快地在同样的面积上实现更多的像素。如今市场价两三千元的智能手机标配四五千万像素的摄像头，就是得益于半导体加工工艺的进步。
CMOS的第三个优点是耗电低。CMOS上的像素只在传输信号的一瞬间耗电，所以功耗远低于CCD。这也是为什么CMOS率先在手机、相机等移动电子设备上大范围普及。同等大像素数的CCD如果用于移动电子设备，当代手机电池容量将无法承受。
CMOS的第四个优点是没有高光溢出（blooming）。因为电荷无需在像素之间移动，CMOS从设计原理上根除了高光溢出的可能性。这一点在透射电子显微镜拍摄电子衍射时有突出的优势。
CMOS的劣势
CMOS的传统劣势是背景电子噪音较高。这也是早期CMOS性能被CCD全面压制的主要原因。
近年来随着制造工艺的进步，部分科学级CMOS已经在噪音方面达到或超过CCD的水平。
多数CMOS相机采用的卷帘快门(rolling shutter) 会造成图像失真。这在拍摄高速移动的物体时表现得尤为明显。如果采用全域快门 (global shutter)，可以解决这个问题，但是图像速度和灵敏度都会有所损失。
CCD相机使用像素合并可以显著提高图像速度和质量。2倍像素合并(binning)可以将信噪比和速度都提高到原来的4倍。而CMOS相机如果使用同样技术，则只能提高到2倍。
我们知道了，CCD传感器技术起步较早，技术相对成熟，采用全局曝光技术，低照度下效果优势明显，而且还具有灵敏度高、解析力强、信噪比高、通透感强、色彩还原能力佳等优点。
我们也知道了，早期的CMOS由于技术限制，一般只有卷帘曝光的，性能比较差，只能适用于静态成像环境中，而动态成像环境中，则都需要考虑CCD。
随着技术升级，CMOS也已经实现了全局曝光，也同样可以应用于动态成像，不会再出现果冻效应。
我们可以看到，与CCD传感器相比，主流CMOS传感器的相机主要采用了逐行曝光技术，工艺简单，可大批量生产，具有较强的价格优势，低端CMOS传感器在低照度下的效果有待继续改善，而高端的CMOS传感器在低照度下的效果甚至优于CCD，可高效提升画质。
总体来看，CMOS和CCD有各自的优势和劣势，内部也分为各种不同的类型，应该根据应用需求，选择合适的相机。
